光敏传感器原理 现代传感器原理——光敏传感器

现代传感器原理——光敏传感器

1．光敏传感器的定义及分类：

（1）定义：将光能变换为相应电能的装置。

（2）分类

1） 光电效应传感器：用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。 分为外光电效应和内

光电效应器件

2） 固态图像传感器：包括电荷耦合器件的光电转换和电荷转移功能制成的 CCD 图像

传感器和用光敏二极管与 MOS 晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的 CMOS 图

像传感器两大类。

3） 光纤传感器：是唯一的有源光敏传感器，利用发光管或激光管发射的光，通过光纤

传输到被检测对象，经检测对象调制后的光沿着光导纤维反射或发送到光接收器，再经

接受解调后变成电信号。

4） 新型光敏传感器：包括利用各种新型光电转换原理制备的传感器，应用广泛的有激

光传感器、核辐射传感器，高分子光电传感器。

2．外光电效应：在光照下，某些材料中的电子逸出表面而产生光电子发射的现象，称为外

光电效应。

3．光电导效应：光照射半导体时材料吸收光子而产生电子-空穴对使电导率增加的现象称为

光电导效应。

4．光生伏特效应：受到光照射时产生电位差的现象称为光生伏特效应。

5．PN 结光生伏特效应：将 PN 结受光照后两段产生电动势的现象称为 PN 结光生伏特效应。

6．固态图像传感器的分类：

CMOS 、电荷注入器件 CID 。

7．光纤传感器的基本组成和分类：

（1）基本组成：主要由光源、光纤与光探测器三部分组成。

（2）分类：

8．光纤传感器的调制类型：按调制类型不同，将光纤传感器原理分为强度调制、相位调制、

频率调制、时分调制和偏振调制等。

9．光电发射二极管的工作原理：光照到阴极上产生光电子,阳极电压使其加速,碰撞气体分

子,电离出更多电子和离子，又被加速，碰撞…电离,即发生了电子倍增效应，相当于具有放

大作用，达 10 倍左右。

10．光电倍增管的工作原理：光照到光阴极上产生光电子,在真空电场下被加速，投射到第

一个“打拿极”D1 上，一个光电子可产生多个电子,多次被加速而激发打拿极后电子数目倍

增。

11．光敏三级管的工作原理：无光照时，集电结反偏，热激发少子电子从基区 b 漂移入 c，

空穴自 c 到 b，形成暗电流 Icbo；发射结正偏 Icbo 扩散越过此结。B 区留下的正离子吸引 e

区电子，被 c 收集形成 ce 间的暗电流即反向截止电流 Iceo。有光照时，大量光生电子漂移

到 c，b 留下正离子会吸引 e 的电子，又被 c 收集而形成放大的电流。集电结产生的光电流

为 IL。

12．光敏电阻在自动控制照明装置的应用及其电路分析：见书 P59。

13．光敏三级管在光电脉冲转换电路的应用及其电路分析：见书 P73。

光敏电阻工作原理

光敏电阻工作原理

光敏电阻又称光导管,它是利用多晶半导体的光致导电特性而制成的,是属于一种无结的半导体器件。当光导体受光照时,其表面层就会产生空穴和电子(光生载流子),并有效地参与导电,从而使光导体的电阻率下降。光照越强,电阻越小。

光敏电阻按其光谱响应特性可分为紫外光敏类、可见光敏类及红外光敏类。在可见光敏类中,目前以硫化镉(CdS)光敏电阻使用最多。在制造中,为了提高此类器件的光灵敏度,常在硫化镉中掺入适量的铜、银等杂质

1.光敏电阻的基本结构

硫化镉光敏电阻的基本结构如图1-1所

图1-1光敏电阻的基本结构

1-梳状(指状)电极;2-光导体:3-绝缘基体;4-引即

其外形结构属于不带外壳的树脂封装型,在陶瓷基片上上光导体材料经烧结而成。由于光导体在光的作用下电阻率化的现象只局限于光照的物体表面薄层,因此为了提高器件光灵敏度,使其受光照后电阻变化更大,在结构上一般都是把极做成互为镶嵌的梳状(或指状)。因管芯怕潮湿,所以在面涂防潮树脂,或采用密封结构。密封型结构往往采用金属壳,顶部有玻璃窗口。做电阻的材料、尺寸和形状有关,实验数据表明,通常光敏照度之间为单调的曲线关系,光敏电阻随照度的增加而

广巨传感器

(3)暗电阻,暗电流。光敏电阻在完全黑暗的条件下具有值称为暗电阻,在规定电压下测得的电流称为暗电流。通光源关闭30s后才进行上述测量硫化镉光敏电阻的暗电阻≥100k~20M,按型号的不

(4)亮电阻,亮电流。亮电阻、亮电流是指光敏电阻受到光份类时所具有的电阻值、电流值。一般规定的测试条件是在照度x和规定外加电压下。硫化镉光敏电阻的亮电阻≤1-200k9,按型号的不同分

(5)额定功率。指规定条件下光敏电阻长期连续正常工作允许的最大功率

6)最高工作电压。指额定功率下光敏电阻所能承受的最工作电压时间常数,指从光照跃变开始,器件从暗电流达稳定电流的63%所需的时间。通常规定照度跃变上限为1001x光敏电阻的响应速度是很慢的,其时间常数一般为1~ms。因此,利用光敏电阻作为光传感器构成的控制电路只用于低速的场合些国产硫化镉光敏电阻的主要技术。

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